埃及某海滨砂矿选矿试验研究*

彭少伟 王 前 王兆连 刘风亮 卢 昊王世华 窦海涛 魏守江 李永昊

(1 山东华特磁电科技股份有限公司 山东 潍坊 262600)

(2 山东省级磁力应用技术装备重点实验室 山东 潍坊 262600)

随着陆地矿石资源的日益减少,人们越来越重视海底资源的开发与利用,特别是近年来针对海滨砂矿的开发,越来越受到各个国家的重视。海滨砂矿是指在海滨地带的河流、波浪、潮汐和海流作用下,使砂质沉积物中的重要矿物碎屑富集而形成的矿床[1]。它既包括现处在海滨地带的砂矿,也包括在地质时期形成的海滨因海面上升或海岸下降而处在海面以下的砂矿[2]。钛铁矿和金红石是冶炼金属钛、制造钛白粉及电焊条、焊药等的重要原料;锆英石主要用于耐火材料、陶瓷、玻璃、铸造行业。埃及海滨砂矿矿床中的钛铁矿与锆英石资源储量较大。笔者以埃及某海滨砂矿为研究对象,进行选矿工艺试验研究,采用分级—重选—弱磁—中磁—强磁—中矿再磨再选等联合选矿工艺流程,使含铁、钛、锆等矿物得到了有效的分选。

1 原矿性质

1.1 化学成分分析

试验用样为埃及某海滨砂矿,其化学多元素分析结果见表1。

表1 原矿化学多元素分析结果(质量%)

从表1分析可知,砂矿中有价金属主要为钛和少量磁性铁;有价非金属主要为锆,其中REO、Sn、V2O5等含量较低;脉石矿物主要由SiO2、Al2O3、Mg O、Na2O、K2O、CaO 组成,有害元素S、P 的含量较低。总体而言,该矿属于低硫、磷,高硅、铁、钛、锆的海滨砂矿,具有较高的选矿价值。

1.2 矿物组成及物相分析

海滨砂矿矿物组成相对较为简单,主要金属矿物为钛铁矿、金红石、钛磁铁矿,还有少量的榍石、钙钛矿、独居石、赤铁矿、褐铁矿等。主要非金属矿物为石英、锆英石、长石、辉石、角闪石、绿帘石、石榴石等。原矿钛矿物相分析结果如表2所示。

表2 原矿钛矿物相分析结果

从表2钛物相分析可知,含钛矿物主要以钛铁矿为主,含量为16.41%,其次为金红石,其含量较低为0.67%。钛铁矿具有弱磁性,纯的金红石无磁性,金红石常混入铁、钽、铌、铬等氧化物而具有弱磁性,两种含钛矿物的分布率合计为92.98%。这是砂矿中选矿富集钛矿物时TiO2的最大理论回收率,其他含钛矿物存在含量低、无磁性、细粒包裹、类质同象等问题,无法有效综合回收。

1.3 原矿粒度分析

笔者对试验原矿进行了粒度分析,结果见表3。

表3 原矿粒度分析结果

从表3可以看出,TiO2和Zr O2在粗粒级中含量较低,在细粒级中含量较高。其中+0.54 mm 粗粒中钛和锆的含量远低于原矿,大部分呈连生体、包裹体赋存;-0.54 mm 细粒中钛和锆的单体解离度较好。依据原矿粒级不均匀分布的特点,可采用筛分去除粗砂的方法富集含钛、锆矿物,在提高入选品位的同时可增加生产处理量。

2 选矿试验

2.1 验方案确定

海滨砂矿颗粒均匀,呈浑圆状,有用矿物大部分已单体解离。重矿物主要有磁铁矿、钛磁铁矿、钛铁矿、锆英石、金红石、独居石、锡石等;轻矿物主要有石英、长石、辉石、角闪石、绿帘石、石榴石等[3]。磁铁矿、钒钛磁铁矿、钛铁矿、独居石等矿物具有磁性,含铁、钽、铌的金红石也具有弱磁性,金红石、锆英石等矿物密度较大;金红石、钛铁矿、磁铁矿等矿物具有导电性。各矿物间存在密度、比磁化率、电导率、可浮性等差异,海滨砂矿多采用重选、磁选和电选工艺,有时也采用浮选工艺[4]。

依据原矿多元素分析、矿物组成、物相分析、粒度分析等结果确定,该海滨砂矿应采用筛分粗砂—重选除砂—弱磁选铁—中磁钛锆分选+钛矿精选—强磁锆精提纯—中矿再磨再选的选矿试验流程,从而选出合格的磁铁矿、钛铁矿、锆英石等精矿产品。

2.2 分级—重选试验

+0.54 mm 粗粒砂中主要矿物为石英、长石等脉石矿物,含铁、钛、锆矿物的占比较低,可采用筛分方式提前去除粗砂;-0.54 mm 细粒砂中主要脉石矿物有石英、长石、辉石、角闪石、石榴石等。这些脉石矿物与磁铁矿、钛铁矿、锆英石、金红石等矿物的密度差异较大,可采用重选方式进行分选[5]。原矿经30目(+0.54 mm)筛分粗砂,-30目(-0.54 mm)筛下产品经螺旋溜槽重选除砂,其试验流程见图1,试验结果分别见表4和表5。

图1 分级—重选除砂试验流程

从表4 可以看出,原矿经30 目分级产出产率为17.32%的粗粒砂,钛、锆含量均较低,主要为连生体或包裹体;细粒产品中的钛和锆品位分别提高了3.45%和4.03%,回收率分别为98.15%和98.18%,分级试验效果十分明显。

表4 筛分试验结果

从表5可以看出,筛分工艺可提前去除低品质粗粒砂质,细砂经螺旋溜槽重选流程可将大部分密度相对较小的石英、长石、辉石、角闪石、绿帘石、石榴石及部分细粒氧化铁、钛矿物提前去除。主要有价矿物钛和锆的含量由原矿的18.43%、21.48%分别提高至26.76%、31.06%,回收率分别为96.47%和96.04%。筛分+重选预先抛尾工艺流程,对于此类海滨砂矿可以有效地提高入选品位及生产处理量,大幅度地降低生产成本[5]。

表5 筛分+重选试验结果

2.3 弱磁选铁试验

由矿物组成和钛物相分析可知,海砂中含有少量强磁性的磁铁矿和钛磁铁矿,应采用弱磁方式预先选出,可以提高经济效益与后续钛、锆的选矿指标。螺旋溜槽选出的重矿物经筒式磁选机后,做不同磁场强度选铁对比试验,流程为一次磁选。其试验结果见表6。

从表6可以看出,精矿中全铁TFe品位分别为60.82%、60.57%,两种磁选条件的铁精矿品位与钛、锆的含量均相近。随着磁场强度的增加,磁尾中的铁含量逐步降低,钛与锆的含量逐步提高。精矿中含有部分强磁性的钛磁铁矿,采用物理方式无法分离。综合铁、钛、锆的选矿指标与损失率,弱磁选铁的磁磁场强度度以3000 Gs为适宜。从而可获得产率为5.71%、TFe 品位为60.57%,含7.08%的TiO2,0.38%的V2O5磁铁精矿产品,V2O5含量未达到0.65%的钒精矿质量标准。弱磁选铁尾矿中主要矿物为钛铁矿、锆英石、金红石、独居石及少量的脉石矿物。

表6 弱磁选铁试验结果

2.4 钛锆分选试验

钛铁矿的密度为4.5～5.5 g/cm3,锆英石的密度为4.4～4.8 g/cm3,这两种矿物的密度相近,采用重选方式不能有效分选;但钛铁矿具有弱磁性,锆英石纯矿物无磁性,可采用磁选方式进行分选;钛铁矿为导体,锆英石为非导体,可采用电选的方式分离;钛铁矿可在弱酸性条件下浮选,而锆英石的浮游范围为碱性,可采用浮选方式进行分选[7]。

从生产效益、成本、效率、环保等多方面考虑,选择立环高梯度磁选机进行钛与锆分选,在30%矿浆浓度、20 Hz脉动等条件下对比不同磁磁场强度度的分选指标,流程为一次磁选。其试验结果如表7所示。

表7 钛锆分选试验结果

在立环高梯度磁选机钛锆分选试验指标中,钛精矿中钛的品位与磁磁场强度度成反比,钛回收率与磁磁场强度度成正比;锆精矿中锆的品位与磁磁场强度度成正比,回收率与磁磁场强度度成反比。低磁场强度磁选时夹带现象较轻,钛精矿品位较高,而锆精矿中含钛较多;高磁场强度磁选时夹带现象加重,钛精矿中含锆增加,而锆精矿的品质较优。其中以立环0.8 T 磁选的指标适中,可分选出品位分别为50.97%的钛精矿和64.91%的锆精矿两种产品。

试验结果说明,通过立环高梯度磁选机在合适的条件下可有效地分选密度相近的钛铁矿与锆英石矿物。

2.5 钛铁矿精选试验

立环高梯度磁选机选出钛铁精矿中的杂质主要为连生体状态赋存或磁选夹带的锆英石及少量磁性相近的氧化铁矿物,需要通过磁选方式去除这部分矿物杂质,从而选出高品质的钛铁精矿产品来提高经济效益。

选择立环高梯度磁选机、干式磁选机等设备进行干、湿法钛精选对比试验,其中立环条件为降低磁场强度和增加脉动;干选机为常规40 Hz筒体转速,流程均为一次选别。钛精选试验结果见表8。

表8 钛锆分选试验结果

从表8可以看出,两种条件精选所得的钛精矿中TiO2品位分别为52.86%、52.84%,均达到52%的一级品质量标准,钛回收率以立环0.6 T 条件时为最高的99.10%。

立环高梯度磁选机在介质、脉动、磁场强度、浓度等方面可适当调整,在选矿指标、工作效率、生产成本、设备维护、处理能力等方面具有较为明显的优势,适合于中弱磁性矿物规模化的选别,可以选出高品质的钛铁精矿产品。在镜下观测,钛精矿含有部分具弱磁性的金红石;尾矿中含钛、锆矿物基本上呈连生体和包裹体状态,矿物互含率较高,可以采用磨矿再选工艺综合回收。

2.6 锆英石强磁除杂提纯试验

立环钛锆分选产出的锆精矿中含有少量的钛铁矿、金红石、独居石、石榴石等与锆英石密度相近的矿物,采用重选方式提纯的效果较差。这部分杂质矿物大部分具弱磁性,可以采用高磁场强度的磁选方式去除。选择立环高梯度磁选机磁磁场强度度分别为1.4 T、1.7 T 两种条件进行强磁除杂对比试验,脉动为5 Hz,流程为一次磁选。其试验结果见表9。

表9 钛锆分选试验结果

从表9可以看出,立环1.4 T 磁场强度所得锆精矿中Zr O2品位达到65.28%,钛含量为0.86%,达到二级品质量标准。立环1.7 T 磁场强度所得锆精矿Zr O2品位为65.76%,钛含量为0.46%,达到一级品质量标准。磁性物中所含锆与钛品位均较高,在镜下观测基本上呈连生及包裹体状态赋存,可以采用磨矿再选工艺综合回收。

2.7 混合中矿再磨再选试验

钛和锆精选产生的中矿粒度较粗,钛和锆品位较高,基本上为呈连生或包裹体赋存,需细磨矿使其达到充分单体解离后再通过重选+磁选地方式进行回收。将混合中矿再磨矿至-300目92.50%,经过螺旋溜槽重选抛去部分低密度的杂质矿物,再采用立环0.6 T磁场强度进行钛铁矿与锆英石的分选。其试验结果见表10。

表10 钛锆分选试验结果

钛铁矿和锆英石两种中矿合并磨矿后经溜槽重选+立环分选工艺,可产出品位50.16%的钛精矿和品位60.47%的锆精矿产品,提高了有价金属的回收率,这两种产品可分别并入精矿中。

2.8 全流程试验

在各条件试验基础上对埃及某海滨砂矿进行铁、钛、锆有价矿物综合选矿全流程试验:原矿经30目筛去粗砂—细砂经螺旋溜槽重选去除低密度脉石矿物—溜槽重矿物经3 000 Gs筒式磁选机选磁铁矿—磁尾经0.8 T 立环粗选+0.6 T 立环精选钛铁矿—0.8 T 立环非磁性物锆英石经1.7 T 立环强磁除杂提纯+中矿合并磨矿经溜槽+0.6 T 立环钛锆分选。全流程工艺见图2;试验结果见表11。

图2 埃及某海滨砂矿分级、重选、磁选试验全流程

表11 钛锆分选试验结果

续表11

3 结论

(1)对不均匀分布的海滨砂矿采用筛分方式去除低品质的粗砂,细砂采用溜槽重选的方式去除密度较低的铝硅酸盐矿物,可大幅度地提高入选品位、增加生产处理量、降低生产成本。

(2)重矿物经弱磁选可得产率为3.78%,含7.06%的TiO2,0.38%的V2O5,TFe品位为60.53%,铁回收率为18.80%的含钒钛磁铁精矿产品。

选铁尾矿采用立环高梯度磁选机进行钛锆分选,再经立环进行钛精选,与中矿再磨再选所得钛精矿合并后,可获得产率为29.86%,TiO2品位为52.68%,回收率为88.32%的一级品钛铁精矿产品。

钛锆分选所得锆英石精矿以1.7 T 高磁场强度的立环高梯度磁选机强磁选提纯,与中矿再磨再选所得锆精矿合并后,可获得产率为29.64%,品位65.58%的Zr O2,回收率为91.05%的一级品锆英石精矿产品。(3)砂矿中V2O5、REO、Sn等元素的含量较低,故未产出钒铁矿、独居石、锡石等产品;大部分含铁、钽、铌等类质同象具弱磁性的金红石被强磁选入钛铁精矿中。